高羊茅草坪蒸散量與質(zhì)量關(guān)系初探

王躍棟，劉自學(xué)，蘇愛蓮

(北京克勞沃草業(yè)技術(shù)開發(fā)中心，北京 100029)

水分對草坪質(zhì)量有著重要影響，充足的水分可以保證草坪質(zhì)量，但達(dá)到一定量以后，供水對草坪質(zhì)量的提高并沒有顯著的影響。水分影響草坪草的蒸散量，供水多，蒸散量大；供水少，蒸散量小[1]。水分通過影響草坪草的生理、生態(tài)等特性來影響草坪質(zhì)量。水分是蒸散的源，水分顯著影響草坪的蒸散量，水分越充足蒸散量就越大[2]。如Feldhake等[3]的研究表明，草坪質(zhì)量隨著草坪蒸散量的降低而降低，當(dāng)蒸散量低于最大蒸散量的73%時，草地早熟禾(Poapratensis)和高羊茅(Festucaarundinacea)草坪的質(zhì)量下降10%，當(dāng)草坪蒸散量維持在73%時，蒸散量對草坪質(zhì)量的影響很小。Fedro等[4]的研究表明，水分供給減少，草坪質(zhì)量會降低，但是大于草坪最大蒸散量75%以上的供水對草坪質(zhì)量并沒有實質(zhì)性的提高，當(dāng)灌水量在最大蒸散量的60%時，草坪質(zhì)量是可以接受的。李冬杰等[5]研究了土壤水分對草坪蒸散量和生長的影響，結(jié)果表明，水分條件能顯著影響(P<0.01)草坪草的蒸散量，土壤含水量為田間持水量的70%～85%時，高羊茅蒸散量最大，草坪質(zhì)量評分在8分左右；55%～70%時草坪蒸散量次之，草坪質(zhì)量評分在6分以上，40%～55%時最低。

因此，本試驗選用高羊茅草坪作為試驗材料，研究不同的水分條件下草坪蒸散量對草坪質(zhì)量的影響及其相互關(guān)系，探討草坪蒸散量與質(zhì)量之間的量化關(guān)系，為降低草坪對水分的蒸散損失及提高水分利用率提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗區(qū)自然條件與試驗地概況 試驗在北京克勞沃草業(yè)技術(shù)開發(fā)中心順義基地國家草坪草品種區(qū)域試驗站進(jìn)行，地處北京市順義區(qū)西北方向，地勢平坦、開闊，光照通風(fēng)條件良好。順義區(qū)位于北京市東北郊，地處40°00′～40°18′ N，116°28′～116°58′ E，典型的暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，受冬、夏季風(fēng)影響，形成了春季干旱多風(fēng)，夏季炎熱多雨，秋季天高氣爽，冬季寒冷干燥的氣候特征，年平均溫度8～12 ℃，全年無霜期190～200 d，≥10 ℃年積溫4 200 ℃·d；降水量600 mm左右，75%集中在夏季。試驗區(qū)土壤為中壤土，速效氮55.6 mg/kg，速效磷10.9 mg/kg，速效鉀133.5 mg/kg，有機(jī)質(zhì)2.07%，土壤pH值7.65，容重1.55 g/cm3，土壤田間最大持水量為24.57%。

1.2試驗設(shè)計 試驗采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，以灌溉處理為試驗因素。設(shè)4個灌溉水平，分別為土壤田間持水量的100%～80%(Ⅰ，對照)、80%～60%(Ⅱ)、60%～40%(Ⅲ)、40%～萎蔫含水量(Ⅳ)，重復(fù)3次，共12個小區(qū)，小區(qū)面積2 m×3 m。當(dāng)每個小區(qū)土壤水分含量接近或低于水分處理的下限時開始灌水。試驗區(qū)灌溉用水采用水表計量，小區(qū)灌水量(Ⅰ)計算方法為：

I=r×h×s×(水分下限-θf)/ρ。

式中，r為土壤容重(g/cm3)；h為土層厚度(mm)；s為小區(qū)面積(m2)；ρ為水密度；θf為實測土壤含水量。試驗處理及小區(qū)灌水量見表1。

表1 試驗處理及小區(qū)灌水量[6-7]

1.3測定項目及方法

1.3.1草坪蒸散量的測定 本試驗根據(jù)土壤-植物-大氣連續(xù)體系(簡稱SPAC)和農(nóng)田水量平衡原理[1，8-10]來定義草坪土壤水分平衡，以測定土壤水分變化來計算草坪蒸散量。計算公式如下：

△W=P+I+G-R-D-ET。

式中，P為降水量，I為灌溉量，G為地下水補(bǔ)給量，ET為蒸散量，△W為土壤水分的變化量，R為地表流失量，D為深層滲漏量。

試驗小區(qū)四周采用隔離法，用防水塑料將小區(qū)四周包裹防止水分的側(cè)向滲漏。草坪水分交換主要發(fā)生在0～30 cm的土層內(nèi)，當(dāng)?shù)叵滤缓苌顣r，一般可忽略地下水對根系層的補(bǔ)給作用，即地下水補(bǔ)給量可忽略為零；當(dāng)灌水量不超過根系層土壤的最大田間持水量，地表流失量及深層滲漏量非常少[1]，所以本研究將草坪土壤水分平衡簡化為：

ET=P+I-△W。

通過上式可以求出某一時間段的ET，然后根據(jù)該時段ET和時間，便可求出測定期間的日均蒸散量。土壤水分試驗測定時間為：2009年6-10月，試驗期間每2～3 d測定一次。

1.3.2草坪質(zhì)量的評價 采用國際通用的NTEP法測評。采用1～9分法評定草坪質(zhì)量(表2)，9分為致密、墨綠、纖細(xì)的草坪，1分表示草坪已經(jīng)死亡。主要測定受水分影響較大的項目，如顏色、均一性、質(zhì)地、密度。然后，根據(jù)各個評價指標(biāo)的權(quán)重因子顏色(0.2)、密度(0.3)、質(zhì)地(0.2)、均勻性(0.2)[11]計算草坪質(zhì)量總分。

表2 草坪質(zhì)量指標(biāo)評分標(biāo)準(zhǔn)

1.4數(shù)據(jù)分析 利用DPS 3.01與Excel軟件進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗。

2 結(jié)果

2.1草坪蒸散量變化 草坪草的蒸散量隨氣候因素的變化而變化。草坪蒸散量受多種氣象因子的影響，諸如溫度、降水、太陽輻射、風(fēng)等，在水分和溫度增加的情況下草坪蒸散量均呈現(xiàn)增加趨勢，這說明草坪蒸散量與水分和溫度呈正相關(guān)(表3、圖1)。6月平均溫度較高，降水量大，草坪蒸散量也相對較大；7、8月平均溫度達(dá)到最高，降水量最大，草坪蒸散量達(dá)到最高；9月以后隨溫度的降低和降水量的減少，草坪蒸散量明顯降低，10月草坪蒸散量最少。因此,7、8月為草坪蒸散耗水高峰期。

表3 試驗期氣象統(tǒng)計參數(shù)

圖1 草坪日均蒸散量變化趨勢

2.2水分對草坪蒸散量的影響 不同水分條件下高羊茅草坪蒸散量不同。整體看來，處理Ⅰ的高羊茅草坪蒸散量最大，其次是處理Ⅱ的，處理Ⅳ條件下的草坪蒸散量最低。6、7、8月的高羊茅蒸散量普遍高于9、10月。結(jié)果表明，土壤水分條件的差異能顯著影響草坪草的蒸散，供水多，蒸散量大；供水少，蒸散量小。蒸散量的最大值出現(xiàn)在7月；最小值出現(xiàn)在10月。運用Duncan多重比較法對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析表明(表4)，不同處理間，高羊茅蒸散量平均值差異顯著(P≤0.05)。

2.3水分對草坪質(zhì)量的影響 高羊茅草坪質(zhì)量隨時間的變化而改變。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ水分處理下，6、9月草坪質(zhì)量較好，Ⅳ水分處理下10月草坪質(zhì)量較好，7、8月草坪質(zhì)量出現(xiàn)不同程度的下降，原因是可能是7、8月天氣持續(xù)高溫悶熱，草坪發(fā)生病害，高羊茅草坪質(zhì)量受到影響。

綜合評價結(jié)果，土壤含水量越大，高羊茅草坪質(zhì)量越高。水分處理Ⅰ與Ⅱ的草坪質(zhì)量評價得分分別為6.73和6.63，極顯著高于水分處理Ⅲ、Ⅳ(P≤0.01)。水分處理Ⅲ的草坪質(zhì)量極顯著高于水分處理Ⅳ(P≤0.01)，水分處理Ⅳ的草坪由于嚴(yán)重缺水，出現(xiàn)禿斑，質(zhì)量最差，得分僅為6.04。孫吉雄[12]指出，草坪質(zhì)量超過6.5分，可以滿足正常使用需求。因此，Ⅰ、Ⅱ水分處理下的高羊茅草坪質(zhì)量滿足人們的需求。

2.4草坪蒸散量與草坪質(zhì)量的關(guān)系 對不同水分處理下高羊茅草坪草蒸散量與質(zhì)量的每一對觀測值做相對應(yīng)的散點圖，并運用多元線性回歸方法對多項式回歸的統(tǒng)計數(shù)進(jìn)行計算求解[13]。不同水分條件下的草坪蒸散量與草坪質(zhì)量呈非線性回歸或線性回歸關(guān)系，經(jīng)回歸模型診斷，回歸方程均成立(圖2)。

表4 不同水分處理對月平均蒸散量的影響 mm/d

表5 不同水分處理對高羊茅草坪質(zhì)量的影響

圖2 不同水分處理下高羊茅草坪蒸散量與質(zhì)量的關(guān)系

處理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ下草坪草蒸散量與質(zhì)量呈現(xiàn)出二次非線性關(guān)系(圖2)，隨著蒸散量的增加，草坪質(zhì)量也增加，當(dāng)高羊茅草坪蒸散量達(dá)臨界值后，草坪質(zhì)量隨蒸散量的增加而降低。處理Ⅳ下的草坪草蒸散量與質(zhì)量呈線性關(guān)系，隨著蒸散量的增加，草坪質(zhì)量逐漸降低。

3 討論與結(jié)論

本研究表明，草坪蒸散越多，質(zhì)量越好，但超過一定限度時草坪質(zhì)量就不在增加反而有所下降。水分條件顯著影響草坪質(zhì)量，水分虧缺植物會產(chǎn)生一系列有利于它們生長和生存的變化，從而影響其外觀表現(xiàn)。土壤水分是草坪蒸散的主要來源，設(shè)置土壤含水量下限是調(diào)節(jié)草坪蒸散量的主要措施之一。本研究表明，不同土壤含水量對草坪蒸散量的調(diào)節(jié)作用顯著，4個水分處理間的草坪蒸散量顯著，且草坪蒸散量隨水分含量的增加而升高，此結(jié)果與張新民等[14-15]、徐敏云等[1]、何軍等[8]的研究一致。當(dāng)土壤含水量大于田間持水量的60%時，草坪草不缺水，正常生長，低于田間持水量的60%時，草坪草生長受水分條件限制，草坪質(zhì)量降低，該結(jié)果與劉麗芳和黃冠華[16]、孫強(qiáng)等[9]、楊建[17]、趙利君[18]得出的結(jié)論相似。因此，在實際灌溉中，保持土壤含水量在田間持水量的60%以上就可以獲得良好的草坪外觀質(zhì)量，說明80%～60%的土壤持水量條件既降低了草坪草的蒸散量,又能夠滿足草坪的正常生長。

由草坪草蒸散量與草坪質(zhì)量的回歸關(guān)系表明，草坪生育期內(nèi)草坪草蒸散量與草坪質(zhì)量呈非線性關(guān)系，草坪草蒸散量越高，草坪質(zhì)量不一定越好；草坪草蒸散量越低，草坪質(zhì)量越差。不同水分條件及不同時間草坪質(zhì)量不同且差異明顯，隨著草坪蒸散量的增加，草坪質(zhì)量也在升高，但7、8月草坪質(zhì)量明顯下降，這是由于7、8月份天氣高溫悶熱，草坪病害流行嚴(yán)重影響了草坪的質(zhì)量，之后氣溫下降，草坪進(jìn)入恢復(fù)期其質(zhì)量有所提高，草坪草進(jìn)入第2次生長高峰期其質(zhì)量明顯有所好轉(zhuǎn)。本研究得出的草坪質(zhì)量與蒸散量的關(guān)系函數(shù)只是此段時間、此種草坪、此地的一個經(jīng)驗函數(shù)，對于其他地區(qū)、其他草種建植的草坪，只具有參考意義。今后的研究重點是研究草坪綠地的時空參數(shù)變異對草坪質(zhì)量函數(shù)的影響，找出反映草坪質(zhì)量水分生產(chǎn)函數(shù)模型時空變化特征的具體模式和系數(shù)，為草坪質(zhì)量水分生產(chǎn)函數(shù)在時間、空間的動態(tài)模擬和預(yù)報研究提供更為完善的理論和分析方法[6]。

由此可見，在實際的草坪灌溉中，可以通過調(diào)節(jié)土壤水分含量降低水分的蒸散損失，提高草坪對水分的利用率來滿足草坪草的生長需要達(dá)到景觀和生態(tài)功能標(biāo)準(zhǔn)要求，為草坪節(jié)水灌溉提供支持。在節(jié)水灌溉方面，可以根據(jù)不同土壤含水量對草坪質(zhì)量影響程度為衡量指標(biāo)，制定合理的草坪草節(jié)水灌溉制度。

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